Coches eléctricos - Cómo funcionan los coches eléctricos

En este artículo vamos a tratar de explicar cómo funcionan los coches eléctricos. Para ello, en primer lugar hay que diferenciar los tipos de coche eléctricos que hay, ya que hay de bastantes tipos, y también diferenciarlos de los híbridos eléctricos, aunque ahora lo explicaremos.

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¿Qué es un coche eléctrico?

Un coche eléctrico es aquel que se impulsa con la fuerza que produce un motor alimentado por electricidad.

Un motor eléctrico transforma la energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. El elemento conductor que tienen en su interior tiende a moverse (rotor) cuando está dentro de un campo magnético y recibe corriente eléctrica.

partes del motor eléctrico

¿Qué tipos de coches eléctricos existen?

Muchos fabricantes los agrupan con sus siglas en inglés, en las siguientes categorías:

BEV – (battery electric vehicle): coche eléctrico con batería
REEV – (range extender EV): coche eléctrico con batería y extensor de rango (tiene un pequeño motor de gasolina que genera electricidad para recargar la batería, no para mover el motor)
FCEV – (fuel cell EV): coche eléctrico con celdas de combustible alimentadas por hidrógeno.
PHEV – (plug-in hybrid EV): coche eléctrico que posee dos o más fuentes de potencia. Los más comunes son los híbridos enchufables que combinan un motor de combustión interna con una batería y motor eléctrico. Su principal característica es que es enchufable, es decir, su batería se puede recargar tanto circulando, por el propio funcionamiento híbrido del tren propulsor o frenos, como en parado, enchufado a la red eléctrica.

¿Un híbrido es un coche eléctrico?

No, porque no puede desplazarse en modo eléctrico más que durante unos pocos cientos de metros. No se puede considerar coche eléctrico si no tiene una autonomía eléctrica que permita hacer al menos los desplazamientos habituales sin usar el motor de combustión.

Un ejemplo de esto es por ejemplo el Range Rover PHEV400 que como indican en su web

El PHEV P400e es completamente capaz de realizar la mayoría de trayectos cortos en modo eléctrico (EV), con una autonomía de hasta 50 km.

Cómo funcionan los coches eléctricos: Su autonomía

La autonomía de un vehículos eléctricos se mide en kilómetros indicando la distancia que es capaz de recorrer con una carga completa de su batería hasta llegar al 0% de carga útil.
Actualmente el procedimiento usado en Europa para medir la autonomía es el ciclo NEDC (que incluye pruebas bastante alejadas de las circunstancias reales de uso que hacemos los usuarios y proyecta unos resultados que distan mucho de la realidad cotidiana) y en EE. UU. el ciclo EPA, que aporta cifras de autonomía mucho más ajustadas a las que los usuarios realizan en su día a día.Esto hay que tenerlo en cuenta porque un mismo coche puede anunciarse con 400 km de autonomía, o con 250 km en función del ciclo que anuncie.

¿Entonces como me hago una idea más realista de la autonomía que tiene un vehículo eléctrico?

Pues como hacemos con los teléfonos móviles, mirando la capacidad de su batería en kWh y buscando su consumo real.

Cómo funcionan los coches eléctricos: ¿Qué es un kWh y qué es un kW?

1 kilovatio hora (kWh) es una medida de cantidad de energía eléctrica equivalente a consumir 1.000 vatios de potencia constantemente durante 1 hora.
1 kW es una medida de potencia de energía eléctrica equivalente a 1,36 caballos vapor (CV).

¿Qué es amperaje y voltaje y cómo se relacionan con la potencia de un punto de carga?

Amperaje: es la medida de la corriente eléctrica. Define la cantidad de electrones que fluyen por un medio transmisor en el periodo de 1 segundo.
Voltaje: es la diferencia de potencial entre dos puntos.

Para saber cuánto consume un aparato eléctrico, ya sea una radio o tu coche eléctrico, tienes que multiplicar amperaje por voltaje para conocer la potencia.

Ejemplo práctico: me compro un Nissan Leaf y lo enchufo en el garaje. El cargador tiene una lucecita encendida donde pone 10A. ¿Cuánto consumirá? Si tu enchufe es de 220V, y el cargador indica 10A, probablemente estemos trabajando con una potencia de 2.200W, el consumo será de unos 2,2 kWh por cada hora de carga.

¿Qué es una toma de corriente trifásica y por qué tiene más potencia para cargar un coche eléctrico?

Un sistema trifásico es un sistema de producción, distribución y consumo de energía eléctrica formado por tres fases de corriente alterna. Cada una de las corrientes monofásicas que forman el sistema se designa con el nombre de fase. La potencia suministrada por un generador trifásico o la consumida por un receptor trifásico, es la suma de las potencias suministradas o consumidas por cada fase.

Retomando el ejemplo práctico de la carga del Nissan Leaf que vimos más arriba, si dicho coche pudiese cargar en trifásica y la instalación a la que lo conectamos para cargar también fuese trifásica, el cargador que indica 10A nos estaría dando el amperaje por fase. Así, probablemente estaríamos trabajando con una potencia de 2.200W por fase, o 6.600 W en total. En resumidas cuentas; con un mismo amperaje, una instalación trifásica nos dará el triple de potencia que una monofásica, y cargaremos por tanto tres veces más rápido.

Cómo funcionan los coches eléctricos: La degradación de la batería

Uno de los problemas de las baterías de iones de litio es que tienden a deteriorarse cada vez que hacemos una carga. De este modo, según usamos los dispositivos que las contienen notaremos como cada vez tenemos menos autonomía (igual que en los teléfonos móviles).

¿Por qué sucede esto? Porque cuando una batería recibe energía eléctrica de la corriente, entre todos los procesos que se realizan para almacenarla, suceden una serie de reacciones químicas a nivel nanométrico que erosionan la batería buscando puntos débiles en la estructura atómica, al igual que hace el óxido con el acero.

Cómo funcionan los coches eléctricos: ¿son todos automáticos?

Para responder a esta pregunta hay que comenzar analizando el funcionamiento de los motores térmicos, para luego ver las diferencias existentes con los motores eléctricos.

El rango de velocidades en el que un motor térmico trabaja bien es muy estrecho en comparación con el rango de velocidad que debe desarrollar un vehículo. Para entendernos pongamos un ejemplo: a un vehículo le exigimos que sea capaz de circular entre 5 y 180 Km/h, por tanto le estamos pidiendo que circule a una velocidad hasta 36 veces mayor que la velocidad mínima. Sin embargo el motor térmico únicamente es capaz de multiplicar unas 6 veces su velocidad mínima útil porque su rango va sólo de 1.000 a 6.000 revoluciones por minuto aproximadamente.

La consecuencia de esto es que si sólo tuviéramos una marcha, algo que ocurre en caso conducir marcha atrás, nuestro coche apenas superaría los 30 Km/h porque llegaríamos muy pronto a la velocidad máxima del motor. Por eso para cubrir toda la gama de velocidades del vehículo necesitamos 4 ó 5 relaciones de transmisión que multipliquen de forma escalonada la relación entre las velocidades del motor y de las ruedas.

Otra razón que hace necesaria una caja de cambios es que, cuanto más larga sea la relación de cambio, menos fuerza puede transmitirse a las ruedas. Es por esto que hay situaciones en las que el motor no tiene suficiente fuerza con marchas largas como cuarta o quinta, como para subir una fuerte pendiente. Además, el motor térmico sólo puede girar en un sentido por lo que necesitamos un sistema en la transmisión que invierta el sentido de giro de las ruedas motrices: la marcha atrás.

En resumen, vemos que por razones de rango de velocidad útil, fuerza y sentido de giro, el motor térmico necesita un sistema de transmisión con relación variable y marcha atrás. Por eso todos los vehículos que vemos circulando por las carreteras llevan, sea cual sea su sistema de transmisión variable, bien variador continuo (motos tipo ciclomotor o scooter) o cambio de relación variable escalonada manual o automático (resto de vehículos).

Con un motor eléctrico no necesitamos cambio de marchas, por tres motivos:

El motor eléctrico tiene un rango de velocidad de giro muy amplio, más que suficiente para cubrir el rango de velocidad de un vehículo normal sin cambiar de marcha. El motor eléctrico puede multiplicar más de 12.000 veces su velocidad mínima útil, ya que esta va de 0 a 12.000 rpm.
Además, estando el motor parado ya es capaz de entregar su máxima fuerza, por lo que un eléctrico nunca nos va a pedir “reducir marchas” porque cuanto más despacio vayamos, más fuerza tiene.
El motor eléctrico puede girar en dos sentidos indistintamente, por lo que tampoco es necesaria una marcha atrás, ya que ese efecto de cambio de sentido del giro se consigue mediante un inversor de corriente.

En resumidas cuentas, un motor eléctrico sólo tiene una velocidad, y además no necesita embrague ni mecanismo de marcha atrás por lo que reduce el peso notablemente y es mucho más eficiente en términos energéticos.